MH 22 GIÁO TRÌNH THỦY KHÍ HOÀN THIỆN NGÀY 24 5 13

3 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ 7 Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG.... TÊN MÔN HỌC: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍMã môn họ

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TỔNG CỤC DẠY NGHỀ

GIÁO TRÌNH Tên môn học: Cơ sở thuỷ khí

và máy thuỷ khí NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ

ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ

Ban hành kèm theo Quyết định số:120 /QĐ –TCDN ngày 25 tháng 2 năm 2013

của Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề

Hà Nội, Năm 2013

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình “Cơ sở thuỷ khí và máy thuỷ khí “ được biên soạn dựa trên chương trình môn học của môn “Cơ sở thuỷ khí và máy thuỷ khí” giảng dạy cho

các khối CAO ĐẲNG NGHỀ, TRUNG CẤP NGHỀ dành cho các ngành kỹ thuật đặc biệt cho ngành KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Nhằm giúp sinh viên có tài liệu học tập và dùng tài liệu để tham khảo tính toán tổn thất năng lượng cho mạng nhiệt, tính toán công suất bơm quạt máy nén.

Chương 4: TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG

Chương 5: MÁY THỦY KHÍ

Xin chân thành cảm ơn bộ môn CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN LẠNH thuộc trường CĐKT CAO THẮNG giúp tôi hoàn thiện giáo trình này

Tài liệu được biên soạn không trách khỏi thiếu sót

Rất mong bạn đọc góp ý kiến để tài liệu được hoàn thiện hơn

Chân thành cảm ơn.

Tp.HCM, tháng 06 năm 2012 Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: LÊ ĐÌNH TRUNG

2 VŨ KẾ HOẠCH

3 NGÔ THỊ MINH HIẾU

MỤC LỤC

ĐỀ MỤC TRANG

Lời nói đầu: 2

Mục lục 3

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ 7 Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG 9

1 Đối tượng và ứng dụng của môn học cơ học chất lưu 9

1.1 Đối tượng 9

1.2 Nhiệm vụ của thủy tĩnh học 9

1.3 Ứng dụng 9

1.4 Phương pháp nghiên cứu môn học 10

2 Các tính chất cơ bản của chất lưu 10

2.1 Tính chất chung 10

2.2 Khối lượng riêng – Trọng lượng riêng và tỷ trọng 10

2.3 Tính nhớt 12

2.4 Tính giãn nở- tính nén được 14

3 Khái niệm về chất lỏng lý tưởng 16

4 Các loại lực tác dụng lên chất lỏng 16

4.1 Lực bề mặt 16

4.2 Lực khối 17

BÀI TẬP CHƯƠNG 1 17

TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG 1 17

Chương 2: THỦY TĨNH HỌC 20

1 Áp suất thủy tĩnh 20

1.1 Khái niệm 20

1.2 Trạng thái tĩnh 21

1.3 Áp suất thủy tĩnh 21

1.4 Các đơn vị đo áp suất 21

1.5 Hai tính chất của áp suất thủy tĩnh 22

2 Phương trình Ơle 22

2.1 Phương trình vi phân cân bằng của chất lỏng tĩnh (Ơle thủy tĩnh) 22

2.2 Phân tích phương trình Ơle thủy tĩnh 23

2.3 Ứng dụng phương trình trong trường hợp tĩnh tuyệt đối 23

2.4 Ý nghĩa của phương trình cơ bản 23

3 Các bài toán ứng dụng 24

3.1 Mặt đẳng áp 24

3.2 Các áp suất 25

3.3 Các dụng cụ đo áp 27

4 Định luật Pascal 29

5 Chuyển động của bình chứa chất lỏng phẳng với gia tốc không đổi 30

5.1 Hàm phân bố áp suất 30

5.2 Phương trình mặt đẳng áp 31

5.3 Nhận xét 31

6 Chất lỏng trong bình trục chuyển động quay với vận tốc góc ω = const 31 6.1 Hàm phân bố áp suất 31

6.2 Phương trình mặt đẳng áp 32

6.3 Nhận xét 33

7 Lực tác dụng của chất lỏng lên vật đặt trong chất lỏng 33

7.1 Mặt phẳng 33

7.2 Mặt cong 34

8 Vật đặt trong chất lỏng ổn định – vật nổi 35

8.1 Định luật Acsimet 35

8.2 Vật đặt trong chất lỏng 35

8.3 Vật nổi 36

BÀI TẬP CHƯƠNG 2 37

TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG 2 38

Chương 3: THỦY ĐỘNG LỰC HỌC 41

1 Khái niệm chung 41

1.1 Các thông số cơ bản 41

1.2 Đặc tính động học của chất lỏng 42

1.3 Phân loại chuyển động 44

2 Phương trình liên tục 45

2.1 Phương trình liên tục của dòng nguyên tố 45

2.2 Phương trình liên tục toàn dòng 46

3 Phương trình chuyển động 46

3.1 Phương trình Ơle thủy động 46

3.2 Phương trình Navier – Stoke 47

4 Phương trình Becnully 48 4.1 Phương trình Becnully cho dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng

chuyển động ổn định 48

4.2 Mở rộng phương trình cho toàn dòng 49

4.3 Vận dụng phương trình Becnully vào ống pitto và ống ventury 50

5 Ý nghĩa của phương trình Becnully 53

5.1 Về mặt năng lượng 53

5.2 Về mặt hình học 53

TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG 3 53

Chương 4: TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG 56

1 Khái niệm chung 56

1.1 Tổn thất năng lượng 56

1.2 Tổn thất dọc đường 57

1.3 Tổn thất cục bộ 57

2 Thí nghiệm Reynolds 57

2.1 Thí nghiệm Reynolds 57

2.2 Phân loại trạng thái chảy 58

2.3 Số Reynolds 58

3 Tổn thất dọc đường (hđ) 59

3.1 Đặc điểm của tổn thất dọc đường 59

3.2 Hệ số ma sát λ 60

3.3 Công thức tính hệ số ma sát λ 61

4 Tổn thất cục bộ ( hc) 62

4.1 Đặc điểm của tổn thất cục bộ 62

4.2 Hệ số tổn thất cục bộ 63

5 Tính toán thủy lực 65

5.1 Phân loại đường ống thủy lực 65

5.2 Tính toán đường ống đơn giản 66

5.3 Tính toán đường ống phức tạp 67

BÀI TẬP CHƯƠNG 4 69

TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG 4 72

Chương 5: MÁY THỦY KHÍ 75

1 Định nghĩa 75

1.1 Bơm 75

1.2 Quạt 75

1.3 Máy nén 75

2 Phân loại 76

3 Các thông số chính của máy thủy khí 77

3.1 Cột áp 77

3.2 Lưu lượng 77

3.3 Công suất – Hiệu suất 77

BÀI TẬP CHƯƠNG 5 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

TÊN MÔN HỌC: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ

Mã môn học: MH 22

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

+ Môn Cơ sở thủy khí và máy thủy khí là môn học liên quan đến khối các môn kỹ thuật cơ sở và thường được bố trí học ngay từ học kỳ II năm thứ nhất của chương trình đào tạo các ngành kỹ thuật trong đó có ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí

+ Môn cơ sở thủy khí và máy thủy khí là môn học cơ sở rất quan trọng, giúp cho học sinh, sinh viên tiếp thu các môn học chuyên ngành một cách dễ dàng đồng thời học tập mô đun như bơm quạt máy nén

+ Là môn học bắt buộc

Mục tiêu của môn học:

- Phân tích tính chất cơ học, vật lý của lưu chất ở trạng thái tĩnh.

- Ứng dụng tính toán các thông số lưu chất ở trạng thái tĩnh.

- Phân tích tính chất cơ học, vật lý của lưu chất ở trạng thái chuyển động.

- Ứng dụng tính toán các thông số lưu chất ở trạng thái chuyển động.

- Phân tích và tính toán các dòng chảy của chất lỏng.

- Phân loại máy thủy lực

- Thông số làm việc cơ bản của một máy thủy lực.

Nội dung của môn học:

Tổng số

Lý thuyết

Thực hành bài tập

Kiểm tra*

(LT hoặc TH)

I Khái niệm chung và những

tính chất vật lý cơ bản của chất

lỏng

1 Đối tượng và ứng dụng của

môn học cơ học chất lưu

0.5

0.5

5110.50.50.5

40.5

510.51

20.5

510.5111.5

20.50.51

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ NHỮNG TÍNH CHẤT

VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG

Mã chương: MH22 – 01 Giới thiệu:

Chương này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức cơ bản ban đầu về môn học cơ học chất lưu, các tính chất cơ bản của chất lưu, phân tích các lực tác dụng lên chất lỏng

Động học chất lỏng: nghiên cứu chuyển động chất lỏng theo thời gian, không

kể đến nguyên nhân gây ra chuyển động

1.2 Nhiệm vụ của thủy tĩnh học:

Nghiên cứu các ứng dụng có kết quả hợp lý đưa vào thực tiễn và cuộc sống

1.3 Ứng dụng của môn học này:

Thủy khí động lực có ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành khoa học, kỹ thuật như giao thông vận tải, hàng không, cơ khí, nhiệt lạnh, công nghệ hóa học liên quan đến sự chuyển động chất lỏng, chất khí hoặc liên quan đến các lưu chất:

- Chất khí, hơi (bị nén và không bị nén )

- Chất lỏng: nước, dầu, cồn, kim loại nấu chảy

- Hỗn hợp: khí + lỏng, khí + rắn, lỏng + rắn

1.4 Phương pháp nghiên cứu môn học:

Dùng 3 phương pháp sau đây:

- Lý thuyết: sử dụng môn học toán học, chủ yếu là toán giải tích, phương trình vi phân và sử dụng các định luật bảo toàn khối lượng (Phương trình liên tục, năng lượng (Phương trình Becnully), định lý biến thiên động lượng (Phương trình động lượng), momen động lượng và các định luật khác

- Phương pháp thực nghiệm: dùng trong các trường hợp không thể dùng lý thuyết để giải thích

1.2 Khối lượng riêng – Trọng lượng riêng và tỷ trọng:

1.2.1 Khối lượng riêng:

Khối lượng m của chất lỏng được đặc trưng bởi khối lượng của một đơn vị thể tích V hay còn gọi là mật độ hay còn gọi là khối lượng đơn vị:

ρ = (kg/m3)Khối lượng riêng thay đổi khi nhiệt độ và áp suất thay đổi nếu nhiệt độ tăng thì khối lượng riêng giảm

Đối với chất lỏng thì sự thay đổi không đáng kể ( ta có bảng số liệu dưới đây):

γ = ρ.gTrong đó g: gia tốc trọng trường thường lấy giá trị = 9,81 m/s2 hay ≈ 10 m/s2

m = ⇒ 4 9 , 81 103( 3)

C O H

cl C

O H

cl

2 0

2

4

ργ

γ

⇒δ = f (p, t)Đối với chất khí: là tỉ số giữa trọng lượng riêng của chất khí với trọng lương

riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn

dktc kk

ck dktc

kk

ck ck

ρ

ργ

Tính nhớt là tính cản trở chuyển động của chất lỏng ta nghiên cứu tính nhớt

dựa vào thí nghiệm Newton Ta có 2 tấm phẳng hình 1.1, tấm phẳng dưới II cố

định Tấm phẳng trên I di động có diện tích là S chuyển động dưới ngoại lực F,

giữa 2 tấm phẳng có 1 lớp mỏng chất lỏng có chiều cao h Sau một thời gian tấm I

sẽ chuyển động đều với vận tốc v song song với tấm phẳng II

Thí nghiệm cho thấy rằng các phân tử chất lỏng dính chặt vào tấm I sẽ di

chuyển với vận tốc u, còn những phần tử dính chặt vào tấm II thì không chuyển

động vận tốc các phân tử lỏng giữa 2 tấm phẳng tăng theo quy luật tuyến tính và tỉ

lệ với khoảng cách tấm II

Tính nhớt là tính chống lại sự dịch chuyển nó biểu hiện sức dính phân tử hay

là khả năng lưu động của lưu chất

- Tính nhớt là nguyên nhân làm nảy sinh ma sát trong

- Định luật ma sát trong của Newtơn:

“Sức ma sát giữa các lớp lưu chất chuyển động với dung tích tiếp xúc của

các lớp đó, không phụ thuộc vào áp lực, phụ thuộc vào gradient vận tốc theo

phương thẳng góc với phương chuyển động và phụ thuộc vào loại lưu chất”

T = µ

Ứng suất tiếp của lực nhớt:

Trong đó:

T: lực ma sát giữa hai lớp lưu chất

µ: hệ số nhớt động lực, phụ thuộc vào loại lưu chất

S: dung tích tiếp xúc giữa hai lớp lưu chất

du/dy: gradient vận tốc theo phương vuông góc với dòng chảy, đặc trưng cho tốc độ biến dạng của lưu chất

τ: ứng suất tiếp của lực nhớt

µ: Ns/m2, Poazơ (p), Centi Poazơ (cp)

m

N dy

du S

τ = =

độ tăng và giảm khi áp suất tăng (chất lỏng và chất khí trái ngược nhau)

- Phân biệt chất lỏng Newtơn và phi Newtơn

Những chất lỏng tuân theo định luật Newton thi goi là chất lỏng Newton như: dầu, nước, xăng , cồn …

Còn những chất lỏng không tuân theo định luật Newton thì gọi là chất lỏng phi Newton nhu: keo, hồ, sơn …

/N) đó là sự thay đổi thể tích của chất

lỏng khi áp suất thay đổi 1 đơn vị:

)(

N

m dp V

: Thể tích, áp suất ban đầu

V: Thể tích ở điều kiện áp suất p

Thể tích và khối lượng riêng của lưu chất ở điều kiện áp suất p:

o

d

β

ρ ρ

m N V dv dp

o p

−

=β

Tính nén của chất lỏng phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ Nhưng sự phụ

thuộc này thay đổi không đáng kể ví dụ:

Điều này cũng giải thích được khả năng hấp thụ chất khí và khả năng hòa tan

muối trong nước khi nhiệt độ tăng

Trong kỹ thuật thường có thể bỏ qua tính nén của chất lỏng, nhưng nếu có sự

thay đổi áp suất lớn đột ngột và đặt biệt đối với những thể tích chất lỏng lớn chuyển

động thì không thể bỏ qua tính nén này ví dụ trong máy nén có sự va đập thủy

Suy ra β

p

= 0,5.10

-9

1

đô dT

+

=1

Nếu nhiệt độ tăng từ từ, độ chênh lệch nhiệt độ không đáng kể thì chúng ta

cũng có thể bỏ qua sự dãn nở thể tích của chất lỏng Nhưng khi sự thay đổi nhiệt độ

lớn thì xét đến sự thay đổi thể tích chất lỏng Ví dụ trong hệ thống sưởi ấm thì sự

thay đổi thể tích do nhiệt độ là cho nước chuyển động

Đối với chất khí lý tưởng: pv = RT

V: thể tích riêng,

)(

kg

m V

ρ

=

R: hằng số chất khí

) ( 287

8314

kg

J M

M: phân tử lượng của chất khí

* Sức căng bề mặt:

- Trong nội bộ chất lỏng, các lực phân tử tự cân bằng

- Tại biên giới chỗ tiếp xúc với chất khí, chất rắn thì các lực phân tử không cân bằng do đó hình thành sức căn trên bề mặt phân cách, sức căng cố làm cho mặt chất lỏng thu nhỏ lại

* Tính bốc hơi và hòa tan chất khí trong chất lỏng:

- Tính bốc hơi phụ thuộc vào bản chất của lưu chất và điều kiện môi trường

- Chất lỏng có khả năng hút và hòa tan các khí khác vào trong nó

V/d: Nước ở điều kiện bình thường có thể hòa chứa trong nó 2% thể tích của nó

3 KHÁI NIỆM VỀ CHẤT LỎNG LÝ TƯỞNG:

Mục tiêu: cung cấp cho học sinh sinh viên kiến thức về lưu chất lý tưởng.

Lưu chất lý tưởng:

- Không có tính nhớt (µ = 0)

- Hoàn toàn di động

- Hoàn toàn không chống được lực cắt và lực kéo\

- Hoàn toàn không nén được

Điểm khác nhau cơ bản trong lưu chất thực và lưu chất lý tưởng là tính nhớt

 Lưu chất lý tưởng không có lực nhớt → không có ma sát trong → không tổn thất năng lượng khi chuyển động.

Ở điều kiện đó nước có hệ số dãn nở βt = 0,000014(1/độ) và hệ số nén βp=

kG V

V p

p o

3 ) (

001 , 3 21000 25

, 196

028 ,

Vậy áp suất trong ống lúc đó là: p1 = po + ∆p = 4 + 3 = 7at

2 Để làm thí nghiệm thủy lực, người ta đổ đầy nước vào một đường ống có đường kính d = 300mm, chiều dài L = 50m ở áp suất khí quyển Hỏi lượng nước cần thiết phải đổ vào ống là bao nhiêu để áp suất đạt tới 51at ? Biết hệ số nén ép

Mà thể tích 2 2 .50 3,5325 3

4

)3.0.(

14,3.4

5325,3.20000

liter m

Vậy cần phải thêm vào ống 8.84 lít nước nữa để áp suất tăng từ 1at lên 51at

* Ngân hàng câu hỏi và đáp án chi tiết chương 1:

1 Các nghiên cứu của môn thuỷ lực được thực hiện cho:

a) Lưu chất trong điều kiện không bị nén

b) Chất khí trong điều kiện không bị nén

b) Chất lỏng bị biến dạng khi chịu lực kéo

c) Môđun đàn hồi thể tích của không khí lớn hơn của nước

d) Hệ số nén của không khí lớn hơn của nước

C

a) Trọng lượng của một đơn vị khối lượng chất lỏng

b) Khối lượng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng

c) Trọng lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng

d) Khối lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng

C

a) Tỷ số giữa trọng lượng riêng và khối lượng riêng của chất

lỏng đó

b) Tỷ số giữa trọng lượng riêng của chất lỏng đó và trọng

lượng riêng của nước ở 40C

c) Tỷ số giữa trọng lượng riêng của nước ở 40C và trọng

lượng riêng của chất lỏng đó

là dầu bôi trơn Tấm CD cố định, tấm AB chuyển động với

vận tốc u Lực ma sát giữa hai tấm phẳng được tính theo công

a) Trùng với phương x, gốc tọa độ đặt trên tấm CD

b) Trùng với phương x, gốc tọa độ đặt trên tấm AB

c) Theo chiều chuyển động u

b) 3: Chất lỏng lý tưởng, 2: Chất lỏng phi Newton

c) 1: Chất lỏng phi Newton, 3: Chất lỏng lý tưởng

C

d) 2: Chất lỏng phi Newton, 1: Chất lỏng Newton

Chương này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức về áp suất thủy tĩnh, các tính chất của áp suất thủy tĩnh, mặt đẳng áp, định luật Pascal, nắm được định luật Asimet của một chất lỏng

Mục tiêu:

- Xác định được áp suất thủy tĩnh

- Trình bày và phân tích các tính chất của áp suất thủy tĩnh

- Thiết lập được phương trình mặt đẳng áp

- Trình bày được mặt đẳng áp, và 2 tính chất của mặt đẳng áp

- Trình bày được phương trình cơ bản của thủy tĩnh học, định luật Pascal

- Trình bày và thiết lập phương trình sự chuyển động của bình chứa chất lỏng thẳng đứng với gia tốc không đổi

- Trình bày và thiết lập phương trình sự chuyển động của bình chứa chất lỏng nằm ngang với gia tốc không đổi

- Trình bày được một số khái niệm về áp lực, áp lực chất lỏng lên mặt phẳng nằm ngang, mặt phẳng bất kỳ

- Trình bày được định luật Asimet của một chất lỏng

Để thực hiện rõ hơn khái niệm áp suất thủy tĩnh trong chất lỏng, ta xét một phân tố lỏng có dạng như hình trên, cắt phân tố lỏng ra làm 2 phần, phần I tác dụng lên phần II qua mặt cắt s Bỏ I mà vẫn giữ II ở trạng thái cân bằng thì phải thay tác dụng I lên II bằng lực P gọi là áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt s.

P được gọi là áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt S

- Áp suất trung bình trên diện tích S:

1at = 9,81.104 Pa = 10mH2O (ở 4oC) = 735,5 mmHg = 14,28psi (Pound

Chia 2 vế cho m =

Chia theo 3 phương ta có phương trình ole thủy tĩnh viết dưới dạng vi phân:

Tương tự như vậy theo phương 0y, 0z

Trong đó là hình chiếu của gia tốc lực khối theo các phương

Vì vậy phương trình ole thủy tĩnh viết dước dạng vectơ :

Phương trình ole thủy tĩnh viết dưới dạng vi phân toàn phần của áp suất:

CM: = suy ra

2.3 Ứng dụng phương trình trong trường hợp tĩnh tuyệt đối:

Ứng dụng phương trình trong trường hợp tĩnh tuyệt đối là tìm ra các phương trình cơ bản thủy tĩnh dạng 1 và dạng 2 để ứng dụng trong các bài toán về các loại dụng cụ đo áp suất ( 3.1.3)

2.4 Ý nghĩa của phương trình cơ bản:

2.4.1 Ý nghĩa về mặt hình học:

z : Độ cao hình học

p/γ : Độ cao của một cột chất lỏng biểu thị áp, gọi là độ cao đo áp

z + p/γ = Ht = const gọi là cột áp thũy tĩnh tuyệt đối

Vậy trong một môi trường chất lỏng cân bằng, cột áp thủy tĩnh luôn luôn bằng một hằng số đối với mọi điểm

2.4.2 Ý nghĩa về mặt năng lượng:

z : vị năng đơn vị

p/γ : áp năng đơn vị

z + p/γ = et = const: thế năng đơn vị

Vậy trong môi trường chất lỏng ở trạng thái cân bằng thế năng đơn vị luôn luôn là hằng số đối với mọi điểm

3 CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG:

Mục tiêu:

Cung cấp cho học sinh sinh viên kiến thức về mặt đẳng áp, tính chất của 1mặt đẳng áp,ứng dụng phương trình ole vào bài toán tĩnh tuyệt đối, các loại áp suất và các dụng cụ đo áp suất

Trường hợp tĩnh tuyệt đối.

Vậy trong trường hợp tĩnh tuyệt đối mặt đẳng áp là các mặt phẳng nằm ngang.Đối với chất khí lí tưởng:

3.2.2 Áp suất dư p d : nếu ptđ> pa thì chúng ta có áp suất dư p d = p- p a

Nếu mặt thoáng chất lỏng tiếp xúc với khí trời: p d = h

3.2.3 Áp suất chân không p ck : nếu ptđ < pa thì chúng ta có áp suất chân không

p d  độ cao áp suất dư: h d =

p ck  độ cao áp suất chân không: h ck =

3.2.4 Biểu đồ phân bố áp suất thủy tĩnh:

Sự phân bố áp suất lên thành chắn có thể biểu diễn bằng biểu đồ Biểu đồ

được xây dựng dựa vào phương trình cơ bản thủy tĩnh: p = p 0 + h và hai tính chất

cơ bản của áp suất thủy tĩnh

Biểu đồ phân bố áp suất tuyệt đối, áp suất dư

3.3 Các dụng cụ đo áp:

3.3.1 Ống đo áp hở:

Là một ống thủy tinh trong suốt có đường kính từ 8 - 10mm, dạng hình chữ

L, 2 đầu đều hở, một đầu thông thoáng bên ngoài môi trường, một đầu đưa đến điểm cần đo, chất lỏng dâng lên trong ống do áp một giá trị ta đọc giá trị đó và xác định ống đo áp này còn gọi ống đo áp suất dư

p A = p a + h

p dA = p A - p a = h

3.3.2 Ống đo áp kín:

Là một ống thủy tinh trong suốt có đường kính từ 8 - 10mm, dạng hình chữ

L, 1 đầu đều hở và 1 đầu kín, một đầu kín đặt bên ngoài môi trường, một đầu hở đưa đến điểm cần đo, chất lỏng dâng lên trong ống do áp một giá trị ta đọc giá trị

đó và xác định ống đo áp này còn gọi ống đo áp suất tuyệt đối

P c = p 0 + h = h

P c = h

3.3.3 Ống đo áp ngược: đo áp suất chân không

p a = p B + h

p ckA = p a – p B = h

3.3.4 Áp kế chữ U: dùng để đo áp suất dư, chân không, độ chênh áp Trường hợp

đo áp suất dư:

Trong đoạn cong có chứa môi chất khác với chất lỏng cần đo thường dùng để

đo độ chênh áp giữa 2 điểm Ta dùng áp kế thủy ngân kiểu bình để đo áp suất dư,

áp suất chân không Môi chất có thể là thủy ngân, nước, rượu tùy theo độ lớn áp suất cần đo

Vậy chiều cao cột chất lỏng tỉ lệ nghịch với khối lượng riêng Nếu ρ1 = ρ2 thì

h1 = h2 Nghĩa là mặt thoáng chất lỏng đồng chất trong hai nhánh của bình thông nhau ở cùng một độ cao

3.4.6 Đồng hồ đo áp:

- Đo áp suất chân không : Vacumet

- Đo áp suất dư và chân không : Mano – Vacumet

2.3 Định luật Pascal:

Mục tiêu: phát biểu định luật Pascal và ứng dụng định luật trong thực tế.

Xét bình nước và khí được đậy kín bởi quả pittong Áp suất phần khí trên bề mặt nước là p0 Áp suất tại điểm 1 và 2 bất kỳ trong lòng nước có độ sâu là h1 và h2 Trong hai trường hợp tải trọng trên pittong khác nhau:

Vậy áp suất tĩnh do ngoại lực tác động lên bề mặt chất lỏng được truyền nguyên vẹn đến mọi điểm trong lòng chất lỏng (với tốc độ âm thanh)

Theo định luật Pascal ta chế tạo máy ép thủy lực, máy kích, máy tính năng, các bộ phận truyền lực

2.5 Chuyển động của bình chứa chất lỏng phẳng với gia tốc không đổi:

Mục tiêu:

Cung cấp cho học sinh sinh viên kiến thức về cách hình thành hàm phân bố

áp suất, phương trình mặt đẳng áp và nhận xét về chuyển động của bình chứa chất lỏng phẳng với gia tốc không đổi

, Fz = -g, Fy = 0Phương trình Ơle thủy tĩnh:

,Fz = -g, Fy = 0

Thay giá trị vào và tích phân 2 vế ta được z = - x + C

Xét điều kiện biên: tại điểm O(0,0,0) và tại mặt thoáng p = p0 suy ra C = 0

Cung cấp cho học sinh sinh viên kiến thức về cách hình thành hàm phân bố

áp suất, phương trình mặt đẳng áp và nhận xét về chất lỏng trong bình trục chuyển động quay với vận tốc góc ω = const

2.6.1 Hàm phân bố áp suất:

Được sử dụng trong công nghệ lọc li tâm, đúc ly tâm khi đúc bánh răng mặt bích Khi quay với ω = const mặt thoáng lõm xuống ở tâm bình

Mặt đẳng áp là các mặt paraboloid trược dọc theo trục z

Phương trình mặt thoáng: nên mặt thoáng cũng là mặt paraboloic

trục ox, theo định lý momen của hợp lực P đối với một trục bằng tổng các momen của các lực thành phần dP đối với trục đó.

P.yD = γ.hc.S.yD = γ.ycsinα.S.yD = γsinα.Jox.Với Jox = Jxc + y2S: là momen quán tính của S đối với trục ox

Thay các giá trị vào biểu thức trên ta rút ra:

yD = yC + Jxc/yC.STrong đó Jxc: momen quá tính của S đối với trục song song với ox đi qua trong tâm C

Trường hợp hình phẳng không có trục đối xứng ta phải tính thêm xD

2.7.2 Mặt cong:

Nếu mặt cong có hình dạng không gian bất kỳ thì tổng hợp các lực phân tố là tổng hợp hệ lực không gian sẽ cho ta một lực và một ngẫu lực Tuy nhiên trong kỹ thuật mặt cong thường là những mặt cong đơn: như mặt trụ, mặt cầu… chính vì vậy tổng hợp các lực phân tố sẽ cho chung ta một lực Lực này được phân tích thành 3 thành phần theo các trục tọa độ đó là Fx, Fy, Fz:

2 2 2

z y

tích dS ở độ sau h trong chất lỏng vì diện tích dS nhỏ nên áp suất trên đó được coi

là giống nhau và được tính theo công thức: p = ρ.g.h

lý để tiện lợi trong việc tính toán

2.8 Vật đặt trong chất lỏng ổn định – vật nổi:

Mục tiêu:

Cung cấp cho học sinh sinh viên về lực đẩy Acsimet, vật đặt trong chất lỏng

và vật nổi

2.8.1 Đinh luật Acsimet:

Một vật ngập trong lòng chất lỏng chịu một lực thẳng đứng từ dưới lên; giá trị của nó bằng trọng lực khối chất lỏng mà vật đó chiếm chổ, điểm đặt là trọng tâm hình học khối chất lỏng bị chiếm chỗ đó

Trị số: Pz = γ Vc

Vc: Thể tích khối chất lỏng bị vật chiếm chỗ

γ: Trọng lượng riêng của chất lỏng

2.7.3 Vật đặt trong chất lỏng:

Điểm đặt: D ≡ Trọng tâm thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ.

Điểm đặt của G: tại tâm khối C

Điểm đặt của PA: tại tâm đẩy D

Có 3 trường hợp xảy ra:

Khi PA< G : Vật chìm xuống đáy (trường hợp hình số 2)

Khi PA > G: Vật nổi G = P2’ = γ V2’

Với V2’: phần thể tích của vật ngập trong chất lỏng (trường hợp hình số 1)

Khi PA = G: Vật lơ lửng tại vị trí đặt (trường hợp hình số 3)

Vì vậy tính ổn định này phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa điểm đặt C và D

Nếu C nằm dưới D : Vật chuyển động ổn định

Nếu C nằm cao hơn D : Vật chuyển động không ổn định

Nếu C trùng với D : Vật cân bằng phiếm định

2.7.4 Vật nổi:

Hình trên có các định nghĩa sau:

- Mặt nổi: là mặt phẳng mà chu vi của nó là đường mớn nước

- Trục nổi: là đường thẳng góc với mặt nổi và đi qua trong tâm của vật

- Trục nghiêng: là trục đối xứng của mặt nổi (vật nổi lắc nghiêng quanh trục)

- Đường mớm nước: là đường giao tuyến giữa vật nổi và mặt nước

Các định nghĩa trên ứng với vật ở trạng thái cân bằng Khi vật bị nghiêng đi thì tâm đẩy D cũng thay đổi đến vị trí D’ Giao điểm trục nổi với phương của lực đẩy mới gọi là tâm định khuynh M.Khi góc nghiêng của trục nổi và đường thẳng đứng nhỏ hơn 150 thì

có thể xem như tâm đẩy di chuyển trên cung tròn tâm là M và bán kính là MD (gọi là bán kính định khuynh) khi vật bị nghiêng có thể xảy ra các trường hợp sau:

- Nếu M cao hơn C(T) thì ngẫu lực G và Pz sẽ có xu hướng làm cho vật trở về trạng thái cân bằng

- Nếu M thấp hơn C(T) thì ngẫu lực có xu hướng làm cho vật nghiêng thêm

- Nếu M trùng với C(T) thì không còn ngẫu lực nữa vật sẽ không quay về vị trí ban đầu trường hợp này gọi là cân bằng phiếm định

p

p

p

a B

=

=

) ( 6 , 0 9810

10 81 , 9 ).

1 06 , 1